[發明專利]一種單懸梁氣體傳感器、傳感器陣列及傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 201810447798.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108318548A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 許磊;謝東成;彭書峰
• 申請（專利權）人: 合肥微納傳感技術有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王亞洲

本發明公開了一種單懸梁氣體傳感器，包括依次層疊設置的硅襯底、支撐膜、加熱電阻、隔離膜和檢測電極，該氣體傳感器呈“T”型，具有基體結構和懸臂結構，在懸臂結構的端部上設有氣敏材料。本發明還提供了一種由單懸梁氣體傳感器組成的傳感器陣列，并提供了該氣體傳感器的制備方法，其包括(1)選擇硅襯底；(2)制備支撐膜；(3)制備加熱電阻；(4)制備隔離膜；(5)制備檢測電極；(6)釋放薄膜；(7)氣敏材料加載。本發明的優點在于，該傳感器功耗低、尺寸小、集成度高，生產工藝簡單，易于定位，有效提高了生產效率。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統和氣體檢測技術領域，具體涉及一種單懸梁氣體傳感器、傳感器陣列及傳感器的制備方法。

背景技術

基于微電子機械系統(MEMS)技術的氣體傳感器，由于其小尺寸、低功耗、高靈敏度和快速響應等特點，逐步顯現出巨大的應用潛力，將有望取代基于傳統技術的氣體傳感器，在物聯網、移動端和人工智能等領域廣泛應用。而在MEMS氣體傳感器中，又因采用金屬氧化物半導體(MOS)材料的傳感器具有廣泛的檢測范圍，在未來的大規模應用中具有更為廣闊的市場空間。

目前MEMS MOS氣體傳感器中，主要以基于懸膜式微型加熱器的研究居多，該結構的傳感器具有較低的功耗，一般可低至20毫瓦，如專利號為201520759054.6的實用新型專利提供了一種具有四支撐懸梁四層結構的電阻式氣體傳感器，其具有自下而上依次設置的硅襯底框架、加熱膜層、加熱電極層和敏感膜層，其中加熱膜層包括加熱膜區，該加熱膜區通過四根懸梁與硅襯底框架連接。又如專利號為CN201520759055.0的實用新型專利提供了一種具有兩支撐懸梁四層結構的電阻式氣體傳感器，該傳感器也包括自下而上依次設置的硅襯底框架、加熱膜層、加熱電極層和敏感膜層，其中加熱膜層包括加熱膜區，該加熱膜區通過兩根懸梁與硅襯底框架連接。這些多懸梁式氣體傳感器功耗雖然較低，但隨著移動端和物聯網應用的高速發展，其已不能滿足需要。同時多懸梁式氣體傳感器在制備時，存在工藝復雜、定位困難、效率低下的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：如何進一步降低懸梁式氣體傳感器的功耗。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種單懸梁氣體傳感器，具有基體結構和懸梁結構，其包括依次層疊設置的如下部分：

硅襯底；

支撐膜，包括第一基部和第一懸臂，所述第一懸臂與第一基部的一側連接；

加熱電阻，包括第二基部和第二懸臂，所述第二懸臂與第二基部的一側連接；第二基部相對于第二懸臂的一側開設有第一窗口，所述第二懸臂上設有沿第二懸臂長度方向延伸的第二窗口，所述第二窗口與第一窗口連通；第二基部位于第二窗口兩側的位置上分別設有第一引線；

隔離膜，包括第三基部和第三懸臂，所述第三懸臂與第三基部的一側連接；所述第三基部上對應于第一引線的位置設有透過孔，所述第一引線穿過相應透過孔暴露在外；所述隔離膜的厚度大于加熱電阻的厚度；

檢測電極，包括第四基部和第四懸臂，所述第四懸臂與第四基部的一側連接；第四基部背離第四懸臂的一側設有第三窗口，第四懸臂上設有沿第四懸臂長度方向延伸，并將第四懸臂分割的第四窗口，所述第四窗口與第三窗口連通，并將檢測電極分割為兩部分；檢測電極不覆蓋所述透過孔；所述檢測電極位于第三窗口兩側的位置上設有第二引線；

所述硅襯底、第一基部、第二基部、第三基部和第四基部對應設置形成所述基體結構；所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂和第四懸臂對應設置形成所述懸梁結構；

所述第四懸臂遠離基體結構的一端上設有氣敏材料。

優選地，本發明所述的一種單懸梁氣體傳感器，所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂及第四懸臂的外形均呈矩形。